JP2006140383A - プレスフィット端子の接続方法及びプリント配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 プレスフィット端子を挿入する際に発生するプリント配線基板の白化現象や剥離を抑制できる端子接続方法を提供する。
【解決手段】 スルーホール導電部５の筒状導電部５ｃの配線パターン側の開口部と整合し且つプレスフィット端子部１５の圧入接触部１５ｂが圧入可能な形状を有する貫通孔７ａを備えた緩衝部材７をプリント配線基板１上に配置した状態で、プレスフィット端子部１５を貫通孔７ａを通して筒状導電部５ｃに圧入する。緩衝部材７を配置することにより、圧入接触部１５ｂが筒状導電部５ｃに圧入される前に圧入接触部１５ｂを貫通孔７ａで圧縮変形させてプリント配線基板１に加わる力を緩衝する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、プレスフィット端子の接続方法及びプリント配線基板に関するものである。

プリント配線板に搭載される部品、コネクタ等は、通常、半田付けにより配線パターンに接続されている。しかしながら、近年では環境に関する規制の中で鉛フリーの要求が高まっており、プリント配線基板への部品の実装に使用される半田についても鉛フリーは対象となっている。実装部品には表面実装部品とスルーホールに挿入する挿入部品とがあり、表面実装を行う際のリフロー工程における半田においては、鉛フリー半田が主流となってきている。しかしながら、コネクタ等の挿入部品実装時のスポットフローでは、コスト面から鉛フリー半田を使用することがほとんど無く、鉛入りの半田を使用していた。そこで、最近では、半田を使用する技術に代わり、半田を使用しないで圧入だけで接続をするプレスフィット工法が、民生機器などにおいて既に実施され、車載用途部品に関しても一部使用されている。

例えば、特開平１０−２０８７９８号公報（特許文献１）の図２には、筒状導電部を備えたスルーホール導電部が形成されたプリント配線基板に対して、プレスフィット端子の圧入接触部をスルーホール導電部の筒状導電部内に圧入することにより、プレスフィット端子をプリント配線基板に対して接続する技術が示されている。圧入接触部は、例えば、筒状導電部の内径よりわずかに大きい幅寸法を有し、中央に貫通孔を有する平板部により構成されている。この構造により、圧入接触部の幅方向の端部は、筒状導電部の内面にバネ力により強く押しつけられている。

また、特開平６−１３７３５号公報（特許文献２）には、プレスフィット端子が接続される前のプリント配線基板のスルーホール導電部が位置する部分の両面に、薄いプラスチックフィルムをラミネートする技術が示されている。このように薄いプラスチックフィルムをラミネートすると、スルーホール導電部にプレスフィット端子を挿入した際に、スルーホール導電部とプレスフィット端子との間の隙間をプラスチックフィルムが覆い、プレスフィット端子挿入時に発生するめっき屑をスルーホール導電部内部に閉じこめることができる。

特開平１０−２０８７９８号公報 特開平６−１３７３５号公報

しかしながら、プリント配線基板のスルーホール導電部にプレスフィット端子を挿入すると、プリント配線基板の圧入接触部に押された部分が損傷を受けてプリント配線基板に白化現象が発生し、ガラス繊維と樹脂との間で剥離が発生する。図４は、プレスフィット端子が接続されたプリント配線基板において、ランド部をエッチングにより除去した後のスルーホール導電部を開口部側から見た顕微鏡写真であり、図５は、スルーホール導電部の周囲のプリント配線基板の断面の顕微鏡写真である。両写真に示すように、プレスフィット端子が接続されたプリント配線基板では、白化現象Ｗが発生しているのが確認できる。このような白化現象に基づく剥離が発生すると、車載用途のような厳しい環境下においては剥離部分に水分が溜まりマイグレーションの発生原因となる。このような問題に対して、半田レベラーによる応力緩和やスルーホール径の公差を厳しくすることも考えられる。しかしながら、半田レベラーによる応力緩和では鉛フリー化に逆行する。また、スルーホール公差を厳しくすれば歩留まりが悪くなる。

本発明の目的は、プレスフィット端子を挿入する際に発生するプリント配線基板の白化現象及び剥離を抑制できるプレスフィット端子の接続方法及びプリント配線基板を提供することにある。

本発明が改良の対象とするプレスフィット端子の接続方法では、プリント配線基板に対してプレスフィット端子をプレスフィット接続するものである。プリント配線基板は、合成樹脂基板の少なくと一方の面上に配線パターンが形成されたものである。合成樹脂基板には厚み方向に貫通するようにスルーホールが形成されており、スルーホールの内面上に配線パターンと電気的に接続された筒状導電部を備えたスルーホール導電部が形成されている。また、プレスフィット端子は、先端部に圧入接触部を有している。そして、プレスフィット端子の圧入接触部を配線パターンが形成された一方の面側から筒状導電部内に圧入することにより、プレスフィット端子をプリント配線基板に対して接続する。本発明において「合成樹脂基板」とは、合成樹脂材料を主材料として形成されるものであればよい。また「配線パターン」は、銅箔、メッキ、印刷のいずれにより形成されていてもよい。また、「プリント配線基板」とは、内部に配線パターンを有しない回路基板及び内部に配線パターンを有する多層回路基板の両方を含むものである。プリント配線基板に形成される「スルーホール導電部」には、プリント配線基板の配線パターンと電気的に接続されておらず、端子の固定のためにだけ設けられるいわゆるダミースルーホール導電部が含まれてよいのは勿論である。

本発明では、筒状導電部の配線パターン側の開口部と整合し且つプレスフィット端子の圧入接触部が圧入可能な形状を有する貫通孔を備えて、圧入接触部が筒状導電部に圧入される前に圧入接触部を貫通孔で圧縮変形させてプリント配線基板に加わる力を緩衝する緩衝部材をプリント配線基板上に配置した状態で、プレスフィット端子を貫通孔を通して筒状導電部に圧入する。

本願発明者は、プレスフィット端子がスルーホール導電部内に挿入される際に、圧入接触部が圧縮され、その反発力により、プリント配線基板が応力を受けて白化現象や剥離が生じるのを見出した。本発明によれば、圧入接触部が筒状導電部に圧入される前に圧入接触部を緩衝部材の貫通孔で圧縮変形させるので、プレスフィット端子が緩衝部材の貫通孔を通過してスルーホール導電部内に挿入される際には、プレスフィット端子の圧入接触部は、既にある程度圧縮された状態になっている。そのため、プレスフィット端子がスルーホール導電部内に挿入される際に、プリント配線基板のスルーホール開口周囲に加わる力が緩衝されて、プリント配線基板の合成樹脂基板に白化現象や剥離が生じるのを抑制することができる。

プレスフィット端子がプレスフィット電気部品の接続端子である場合は、複数のプレスフィット端子をプリント配線基板に対してある程度集中して接続することになる。このような場合は、緩衝部材は、端子が集中する部分にだけ設ければよく、基板全体に対して設ける必要はない。

緩衝部材を形成する材料は、プレスフィット端子から合成樹脂基板に加わる力によって合成樹脂基板に白化現象が現れるのを阻止または抑制することができる材料であれば、いかなる材料でもよい。通常は、配線パターン間で短絡が発生するのを阻止するため、緩衝部材は、電気絶縁材料により形成する。

緩衝部材をプリント配線基板に接着剤を介して接合すれば、緩衝部材が移動することがないので、プレスフィット端子を圧入する際に、移動部材を位置決めする必要がなくなり、作業性が向上する。

貫通孔の横断面の形状及び寸法と筒状導電部の横断面の形状及び寸法とを実質的に同じにするのが好ましい。このようにすれば、緩衝部材の貫通孔を通過した圧入接触部がスムーズにスルーホール導電部内に移行するので、緩衝部材を用いても圧入作業をスムーズに実施することができる。

本発明が改良の対象とするプリント配線基板では、合成樹脂基板の少なくと一方の面上に配線パターンが形成され、合成樹脂基板を厚み方向に貫通するようにスルーホールが形成され、スルーホールの内面上に配線パターンと電気的に接続される筒状導電部を備えたスルーホール導電部が形成されている。そして、先端部に圧入接触部を有するプレスフィット端子の圧入接触部が、配線パターンが形成された一方の面側から筒状導電部内に圧入されて、プレスフィット端子が接続されている。本発明では、筒状導電部の配線パターン側の開口部と整合し且つプレスフィット端子の圧入接触部が圧入可能な形状を有する貫通孔を備えて、圧入接触部が筒状導電部に圧入される前に圧入接触部を貫通孔で圧縮変形させて合成樹脂基板に加わる力を緩衝する緩衝部材を合成樹脂基板の一方の面上に配置する。そして、プレスフィット端子が貫通孔を通して筒状導電部に圧入されている。本発明のプリント配線基板を用いれば、プレスフィット端子がスルーホール導電部内に挿入されても、プリント配線基板に加わる力が緩衝されて、プリント配線基板に白化現象や剥離が生じるのを抑制することができる。

緩衝部材は、接着剤を介してプリント配線基板上に接合するのが好ましい。このようにすれば、緩衝部材により、プリント配線基板の配線パターンが短絡することがなく、緩衝部材を位置決めする必要がない。

本発明によれば、圧入接触部が筒状導電部に圧入される前に圧入接触部を貫通孔で圧縮変形させるので、プレスフィット端子が緩衝部材の貫通孔を通過してスルーホール導電部内に挿入される際には、プレスフィット端子の圧入接触部は、既に圧縮された状態になっている。そのため、プレスフィット端子がスルーホール導電部内に挿入されても、プリント配線基板のスルーホール開口周囲に加わる力が緩衝されて、プリント配線基板に白化現象や剥離が生じるのを抑制することができる。その結果、マイグレーションの発生を抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明のプレスフィット端子の接続方法の一実施の形態及びプリント配線基板の実施の形態を詳細に説明する。図１に示す例では、プリント配線基板１の一辺に沿ってコネクタのようなプレスフィット電気部品３を実装する場合の過程を示している。ここで、プリント配線基板１及びプレスフィット電気部品３の構造について説明する。プリント配線基板１は、ガラス繊維からなる補強繊維の織布にエポキシ樹脂からなる合成樹脂を含浸したプリプレグ８枚を積層し、加圧・加熱した状態で一体化した板厚１．６mmの汎用ＦＲ−４両面板の合成樹脂基板２を備えている。合成樹脂は、プリプレグ全体の重量に対して４０％含浸されている。合成樹脂基板２の表面２ａ及び裏面２ｂには、銅箔等の導電性材料からなる図示しない所定の配線パターンが形成されている。本例では、ガラス繊維の織布は、基準厚２００μｍのガラス繊維を縦糸４４本／２５mm，横糸３３本／２５mmの密度の本数で織り込んだ旭シュエーベル株式会社製の「Ｇ７６２８（製品番号）」を使用した。プリント配線基板１の縁部には、７つのスルーホール導電部５が並んで形成されている。

スルーホール導電部５は、銅メッキにより形成されており、図２に示すように、合成樹脂基板２を厚み方向に貫通する横断面形状がほぼ円形のスルーホール２ｃの開口部の周囲と内面上に形成されている。スルーホール導電部５は、合成樹脂基板２の表面２ａ及び裏面２ｂにスルーホール２ｃの開口部に沿ってそれぞれ形成された環状のランド部５ａ，５ｂとスルーホール２ｃ内に配置された筒状導電部５ｃとを一体に有している。本例では、メッキにより２５μｍの厚みになるようにスルーホール導電部５を形成した。環状のランド部５ａ，５ｂの全部またはいくつかは、合成樹脂基板２上の図示しない配線パターンの所定部分と電気的に接続されている。

合成樹脂基板２の後述するプレスフィット端子部１５が挿入される側の表面２ａの７つのスルーホール導電部５が位置する領域上には、矩形の緩衝部材７が
接着剤または粘着材４を用いて接合されている。なお、緩衝部材７は、合成樹脂基板２に接合せず、単に載置するだけでも構わない。緩衝部材７は、プリント配線基板１に用いられているものと同様にガラス繊維からなる補強繊維の織布にエポキシ樹脂からなる合成樹脂を含浸した電気絶縁材料の板により形成されており、０．２mmの厚み寸法を有している。緩衝部材７には、７つのスルーホール導電部５の筒状導電部５ｃの開口部とそれぞれ整合する貫通孔７ａが形成されている。これらの貫通孔７ａの横断面は、筒状導電部５ｃの横断面と実質的に同じになるように、筒状導電部５ｃの内径とほぼ等しい径寸法（１．０mm）の円形を有している。

電気部品３は、本体部９と７つの接続端子１１とを有するいわゆる多極コネクタである。接続端子１１は、Ｌ字形を有しており、本体部９から延びる基部１３と、基部１３に対してほぼ直角に曲げられた先端部分を構成するプレスフィット端子部１５とから構成されている。プレスフィット端子部１５は、図２に示すように、接続端子１１を形成するための金属板を打ち抜き加工する際に同時に形成されており、長手方向に延びる板状の中央部１５ａと圧入接触部１５ｂと一対の突出部１５ｃとを有している。圧入接触部１５ｂは、長手方向と直交する方向に中央部１５ａから相互に離れるように突出する一対の接触片１５ｈを有している。この接触片１５ｈは、先端側から基部１３側に向かうにしたがって中央部１５ａから徐々に離れるように傾斜する前方端面１５ｄと、中央部１５ａと平行に延びる側面１５ｅと、先端側から基部１３側に向かうにしたがって中央部１５ａに徐々に近づくように傾斜する後方端面１５ｆとを有している。一対の接触片１５ｈのそれぞれの側面１５ｅの間の距離は、スルーホール導電部５の内径（１．０mm）をわずかに上回る寸法を有している。また、中央部１５ａの一対の接触片１５ｈに挟まれた中央部には、中央部１５ａの長手方向に延びて該中央部１５ａを厚み方向に貫通する楕円形の孔部１５ｇが形成されている。
一対の突出部１５ｃは、圧入接触部１５ｂよりも基部１３側に離れた位置にあって、中央部１５ａから相互に離れるように突出しており、それぞれの先端間の距離は、スルーホール導電部５の内径（１．０mm）を大きく上回る寸法を有している。

本例では、緩衝部材７をプリント配線基板１上に接合した状態で、プリント配線基板１の表面２ａ側から図２の矢印Ａに示す方向に、プレスフィット端子部１５の圧入接触部１５ｂをスルーホール導電部５の筒状導電部１５ｃ内に圧入して、図３に示すようにプレスフィット端子部１５とスルーホール導電部５とを接続して、プリント配線基板１にプレスフィット電気部品３を実装する。両者が接続された状態において、プレスフィット端子部１５の一対の突出部１５ｃと緩衝部材７の表面とが当接する。また、プレスフィット端子部１５の圧入接触部１５ｂは、その側面１５ｅがスルーホール導電部５の筒状導電部５ｃ内に当接した状態で、スルーホール導電部５の径方向内側に近づき、孔部１５ｇが圧縮される。これにより、圧入接触部１５ｂの側面１５ｅは、スルーホール導電部５の筒状導電部５ｃの内面にバネ力により強く押しつけられる。本例の端子接続方法では、圧入接触部１５ｂが筒状導電部５ｃに圧入される前に圧入接触部１５ｂが貫通孔１５ｂ内で圧縮変形されるので、プレスフィット端子部１５が緩衝部材７の貫通孔７ａを通過してスルーホール導電部５内に挿入される際には、プレスフィット端子部１５の圧入接触部１５ｂは、既に圧縮された状態になっている。そのため、合成樹脂基板２に加わる力が緩衝されて、合成樹脂基板２に白化現象や剥離が生じるのを抑制することができる。

次に、本例の方法で端子接続を行った実施例のプリント配線基板１０個と、緩衝部材７をプリント配線基板１上に配置せずその他は本例と同じ方法で端子接続を行った比較例のプリント配線基板１０個のプレスフィット端子部１５の挿入による白化現象の発生部分の平均長さ（図４に示す長さ寸法Ｌ）を測定した。表１は、その結果を示している。

表１より、実施例のプリント配線基板は、緩衝部材を用いないで接合した比較例のプリント配線基板に比べて白化現象の発生部分の平均長さが短いのが分かる。

本発明の実施の形態のプレスフィット端子の接続方法を説明するために用いるプリント配線基板及びプレスフィット電気部品の斜視図である。 本発明の実施の形態のプレスフィット端子の接続方法を説明するために用いる端子接続前のプリント配線基板及びプレスフィット電気部品の断面図である。 本発明の実施の形態のプレスフィット端子の接続方法を説明するために用いる端子接続後のプリント配線基板及びプレスフィット電気部品の断面図である。 従来の方法でプレスフィット端子が接続されたプリント配線基板において、ランド部をエッチングにより除去した後のスルーホール導電部を開口部側から見た顕微鏡写真である。 従来の方法でプレスフィット端子が接続されたプリント配線基板において、ランド部をエッチングにより除去した後のスルーホール導電部の周囲の断面の顕微鏡写真である。

符号の説明

１ プリント配線基板
３ 電気部品
５ スルーホール導電部
５ｃ 筒状導電部
７ 緩衝部材
７ａ 貫通孔
１５ プレスフィット端子部
１５ｂ 圧入接触部

Claims (7)

1. 合成樹脂基板の少なくとも一方の面上に配線パターンが形成され、前記合成樹脂基板を厚み方向に貫通するようにスルーホールが形成され、前記スルーホールの内面上に前記配線パターンと電気的に接続された筒状導電部を備えたスルーホール導電部が形成されてなるプリント配線基板に対して、先端部に圧入接触部を有するプレスフィット端子の前記圧入接触部を前記配線パターンが形成された前記一方の面側から前記筒状導電部内に圧入することにより、前記プレスフィット端子を前記プリント配線基板に対して接続するプレスフィット端子の接続方法であって、
   前記筒状導電部の前記配線パターン側の開口部と整合し且つ前記プレスフィット端子の前記圧入接触部が圧入可能な形状を有する貫通孔を備えて、前記圧入接触部が前記筒状導電部に圧入される前に前記圧入接触部を前記貫通孔で圧縮変形させて前記プリント配線基板に加わる力を緩衝する緩衝部材を前記プリント配線基板上に配置した状態で、前記プレスフィット端子を前記貫通孔を通して前記筒状導電部に圧入することを特徴とするプレスフィット端子の接続方法。
2. 前記プレスフィット端子がプレスフィット電気部品の接続用端子からなることを特徴とする請求項１に記載のプレスフィット端子の接続方法。
3. 前記緩衝部材は、前記プレスフィット端子から前記合成樹脂基板に加わる力によって前記合成樹脂基板に白化現象が現れるのを阻止または抑制することができる材料によって形成されている請求項１に記載のプレスフィット電気端子の接続方法。
4. 前記緩衝部材を前記プリント配線基板に接着剤を介して接合することを特徴とする請求項１に記載のプレスフィット端子の接続方法。
5. 前記貫通孔の横断面の形状及び寸法と前記筒状導電部の横断面の形状及び寸法とが、実質的に同じである請求項１に記載のプレスフィット端子の接続方法。
6. 合成樹脂基板の少なくと一方の面上に配線パターンが形成され、前記合成樹脂基板を厚み方向に貫通するようにスルーホールが形成され、前記スルーホールの内面上に前記配線パターンと電気的に接続される筒状導電部を備えたスルーホール導電部が形成され、先端部に圧入接触部を有するプレスフィット端子の前記圧入接触部が、前記配線パターンが形成されている前記一方の面側から前記筒状導電部内に圧入されて、前記プレスフィット端子が接続されるプリント配線基板であって、
   前記筒状導電部の前記配線パターン側の開口部と整合し且つ前記プレスフィット端子の前記圧入接触部が圧入可能な形状を有する貫通孔を備えて、前記圧入接触部が前記筒状導電部に圧入される前に前記圧入接触部を前記貫通孔で圧縮変形させて前記合成樹脂基板に加わる力を緩衝する緩衝部材が前記一方の面上に配置され、
   前記プレスフィット端子が前記貫通孔を通して前記筒状導電部に圧入されていることを特徴とするプリント配線基板。
7. 前記緩衝部材が接着剤を介して前記プリント配線基板上に接合されていることを特徴とする請求項６に記載のプリント配線基板。

Images